Fisiología de la reversibilidad de la transición de la permeabilidad mitocondrial en la isquemia reperfusión

Resumen

OBJETIVO: Demostrar que la transición de la permeabilidad mitocondrial es un proceso fisiológico y reversible y un potencial blanco terapéutico en la isquemia reperfusión.

MATERIALES Y MÉTODOS: Se aislaron mitocondrias de miocardio de ratas Wistar y de Saccharomyces cerevisiae mediante centrifugación diferencial y se evaluó su funcionalidad con oximetría por electrodo de Clark. El potencial transmembranal mitocondrial se midió por citometría de flujo (mitometría) usando DiOC2(3) en un citómetro CytoFLEX S (excitación 488 nm). Para inducir la transición de permeabilidad se expusieron mitocondrias a Ca²+ 50 μM y posteriormente se evaluó la reversibilidad mediante quelación con ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) (equimolar) al cabo de 5 minutos. Además, se realizaron mediciones con safranina en espectrofotometría y análisis teórico con el método de distribución de afinidades.

RESULTADOS: La exposición a 50 μM de calcio produjo una caída del potencial transmembranal compatible con apertura del poro-estado de transición de permeabilidad, y la adición de ácido etilendiaminotetraacético revirtió de forma significativa este fenómeno. En el análisis global se reporta una reversibilidad del 66% del proceso al término de 5 minutos de exposición, con significación estadística (p < 0.05) al comparar mitocondrias expuestas a calcio en comparación con quelación.

CONCLUSIONES: La transición de la permeabilidad mitocondrial (PTPm/MPTP) se comporta como un proceso dinámico y reversible en condiciones experimentales, quizá con un papel fisiológico como mecanismo de defensa ante altos potenciales transmembranales. En levadura, el fenómeno se interpreta en términos de carga energética/estado de fosforilación, mientras que en el corazón el “lenguaje” subcelular predominante se relaciona con calcio. Los hallazgos apoyan a la transición de la permeabilidad mitocondrial como blanco terapéutico potencial para atenuar el daño por isquemia–reperfusión, y sugieren que la modulación del manejo del calcio (p. ej., quelación experimental) puede favorecer el cierre del poro.

PALABRAS CLAVE: Infarto del miocardio; isquemia-reperfusión; fisiología mitocondrial; transición de permeabilidad mitocondrial; biología teórica; mitometría de flujo; citometría de flujo; envejecimiento celular; Alzheimer; calcio; levosimendan; reversibilidad.

Abstract

OBJECTIVE: This investigation aims to demonstrate that the mitochondrial permeability transition is a physiological, reversible process and a promising therapeutic target in ischemia-reperfusion scenarios.

METHODS AND MATERIALS: Mitochondria were isolated from the myocardium of Wistar rats and the yeast Saccharomyces cerevisiae using differential centrifugation. Functional evaluation was conducted using Clark electrode oximetry. The transmembrane potential was measured using flow cytometry (mitometry) with DiOC2(3) staining on a CytoFLEX S cytometer with an excitation wavelength of 488 nm. The permeability transition was triggered by applying 50 μM Ca²+, and reversal was determined by introducing an equimolar concentration of EDTA after five minutes. These measurements were supplemented by safranin-based spectrophotometry, and a theoretical analysis was performed using the affinity distribution method.

RESULTS: Administration of 50 μM Ca²+ induced a reduction in transmembrane potential, indicating pore opening and initiation of the permeability transition state. The addition of EDTA led to significant recovery of this potential. A detailed analysis revealed a 66% restoration after five minutes of calcium exposure, which was statistically significant (p < 0.05) compared to mitochondria treated with chelation.

CONCLUSIONS: Under these experimental conditions, the mitochondrial permeability transition (PTPm/MPTP) exhibits dynamic and reversible properties that may play a role in protecting against excessive transmembrane potentials. In yeast mitochondria, these dynamics are linked to energy demand and phosphorylation status. In cardiac tissue, however, they are principally governed by calcium homeostasis. These results support the potential of mPTP modulation as a strategy to improve ischemia-reperfusion injury and suggest that interventions targeting Ca²+ regulation, such as chelation therapy, may promote closure of the mitochondrial permeability transition pore.

KEYWORDS: Myocardial infarction; ischaemia-reperfusion; mitochondrial physiology; mitochondrial permeability transition; theoretical biology; flow mitometry; flow citometry; celular ageing; alzheimer; calcium; levosimendan; reversibility.